RU2796835C1 - Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composites based on them - Google Patents

Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composites based on them Download PDF

Info

Publication number
RU2796835C1
RU2796835C1 RU2022103809A RU2022103809A RU2796835C1 RU 2796835 C1 RU2796835 C1 RU 2796835C1 RU 2022103809 A RU2022103809 A RU 2022103809A RU 2022103809 A RU2022103809 A RU 2022103809A RU 2796835 C1 RU2796835 C1 RU 2796835C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polyesterimide
carbon fiber
sizing
pei
finished
Prior art date
Application number
RU2022103809A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ауес Ахмедович Беев
Светлана Юрьевна Хаширова
Джульетта Анатольевна Беева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2796835C1 publication Critical patent/RU2796835C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: production of structural products using additive techniques. Proposed is a method for obtaining sized carbon fibre by applying a sizing, which is a mixture of polyesterimide 2.46-2.08 wt.% and di(4-aminophenyl)methane 0.04-0.42 wt.%, onto carbon fibre from a solution with a mass concentration 0.32% in chloroform followed by a stepwise rise in temperature to 60°C and simultaneous distillation of the solvent under the action of ultrasound with an operating power of 46 kHz, the finished carbon fibre obtained by the proposed method, and the polyesterimide composition, which contains 80 wt.% of the polymer matrix based on polyesterimide and 20 wt.% of the proposed finished carbon fibre.
EFFECT: improved melt flow and impact strength parameters of the created polyesterimide composition due to the introduction of a sizing composition, which increases the wettability of the filler and increases the boundary interactions between the filler and the polyesterimide matrix.
3 cl, 1 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к способу получения аппретированных углеродных волокон и полиэфиримидным композициям с неорганическими, в частности, углеродными волокнами в качестве наполнителей, и может быть использовано для производства конструкционных изделий специального назначения в аддитивных технологиях.The invention relates to a method for producing finished carbon fibers and polyesterimide compositions with inorganic, in particular, carbon fibers as fillers, and can be used for the production of special-purpose structural products in additive technologies.

Одним из путей повышения эксплуатационных характеристик углеволокнистых полиэфиримидных композиций является аппретирование поверхности углеродного волокна, позволяющего модифицировать структуру межфазного слоя и увеличить межмолекулярные адгезионные взаимодействия на границе раздела фаз полимер-наполнитель.One of the ways to improve the performance characteristics of carbon fiber polyesterimide compositions is to finish the carbon fiber surface, which makes it possible to modify the structure of the interfacial layer and increase intermolecular adhesive interactions at the polymer-filler interface.

Аппреты - вещества, влияющие на структуру, свойства и протяженность межфазного слоя, который многократно увеличивает площадь контакта волокнистого наполнителя со связующим. Для производства конструкционных полимерных композиционных материалов с заданными эксплуатационными характеристиками необходимо целенаправленно подбирать аппретирующий состав для армирующего волокна с учетом вязкости связующего, его молекулярной массы, физико-химических свойств, размеров и структуры пор в наполнителе. Таким образом, разработка аппретирующих составов для получения полимерных композиционных материалов на основе суперконструкционных термопластов позволит повысить механические, теплостойкие, а также эксплуатационные свойства материала, что приведет к увеличению срока службы изделий.Couplings are substances that affect the structure, properties and length of the interfacial layer, which greatly increases the contact area of the fibrous filler with the binder. For the production of structural polymer composite materials with desired performance characteristics, it is necessary to purposefully select a sizing composition for a reinforcing fiber, taking into account the viscosity of the binder, its molecular weight, physicochemical properties, size and structure of pores in the filler. Thus, the development of sizing compositions for the production of polymer composite materials based on superstructural thermoplastics will improve the mechanical, heat-resistant, and operational properties of the material, which will lead to an increase in the service life of products.

Из уровня техники известны различные виды аппретирующих добавок, используемых при создании полимерного композиционного материала. Так патент на изобретение RU 2057767 описывает полимерный композиционный материал, включающий в себя полисульфоновую матрицу и углеродные волокна, причем углеродные волокна содержат на поверхности в качестве аппретирующего слоя сополимер, состоящий из звеньев метакриловой кислоты, диэтиленгликоля и бензосульфокислоты в молярном соотношении от 49,5:49,5:1 до 49: 49:2 в количестве 0,52 - 5,0% от массы волокна при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродные армирующие волокна, содержащие сополимер, 25 - 75; полисульфоновая матрица остальное. Как утверждают авторы изобретения, использование в качестве аппретирующего слоя указанного сополимера позволяет в 1,8 - 2,2 раза повысить межслоевую прочность при сдвиге полисульфоновых углепластиков. Основным недостатком предлагаемого решения является использование водной среды для нанесения на углеродную ленту смеси мономеров. Так как углеродные волокна и ленты являются гидрофобными, добиться равномерного распределения водного раствора смеси мономеров сложно. В результате полимеризации также возможна неполная конверсия мономеров, что может привести к образованию и выделению воды на других этапах получения полимерного композита, что приведет к образованию пор и снижению прочностных характеристик. Наличие в водной среде бензолсульфокислоты может также приводить к накоплению ионов, что может ухудшить диэлектрические свойства.From the prior art, various types of sizing additives are known that are used in the creation of a polymer composite material. So the patent for the invention RU 2057767 describes a polymer composite material, including a polysulfone matrix and carbon fibers, and the carbon fibers contain on the surface as a sizing layer a copolymer consisting of units of methacrylic acid, diethylene glycol and benzosulfonic acid in a molar ratio of 49.5:49 ,5:1 to 49: 49:2 in the amount of 0.52 - 5.0% by weight of the fiber in the following ratio, wt.%: carbon reinforcing fibers containing a copolymer, 25 - 75; polysulfone matrix rest. According to the authors of the invention, the use of said copolymer as a sizing layer makes it possible to increase the interlaminar shear strength of polysulfone carbon plastics by a factor of 1.8 - 2.2. The main disadvantage of the proposed solution is the use of an aqueous medium for applying a mixture of monomers to a carbon tape. Since carbon fibers and tapes are hydrophobic, it is difficult to achieve a uniform distribution of an aqueous solution of a mixture of monomers. As a result of polymerization, incomplete conversion of monomers is also possible, which can lead to the formation and release of water at other stages of obtaining a polymer composite, which will lead to the formation of pores and a decrease in strength characteristics. The presence of benzenesulfonic acid in an aqueous medium can also lead to the accumulation of ions, which can worsen the dielectric properties.

Известны полимерные композиции по патенту РФ № 2201423, полученные на основе полимерного связующего (аппрет) и стеклоткани или углеродного наполнителя. Предварительно получают связующее - олигомер путем взаимодействия тетранитрила ароматической тетракарбоновой кислоты и ароматического бис-о-цианамина при температуре 170-180°С. Связующее получают в порошкообразном виде. Основным недостатком приведенного решения является сложность процесса синтеза связующего. Неполная степень превращения мономеров во время синтеза может привести к выделению побочных низкомолекулярных продуктов реакции при совмещении связующего с наполнителем при повышенной температуре, а, следовательно, к образованию пустот в композиционном материале, что будет приводить к ухудшению прочностных характеристик материала. Кроме того, порошкообразные аппреты могут недостаточно равномерно покрывать поверхность наполнителя.Known polymer compositions according to the patent of the Russian Federation No. 2201423, obtained on the basis of a polymer binder (sizing) and fiberglass or carbon filler. Preliminarily, a binder - oligomer is obtained by reacting aromatic tetracarboxylic acid tetranitrile and aromatic bis-o-cyanamine at a temperature of 170-180°C. The binder is obtained in powder form. The main disadvantage of the above solution is the complexity of the binder synthesis process. An incomplete degree of conversion of monomers during synthesis can lead to the release of low-molecular by-products of the reaction when combining the binder with the filler at an elevated temperature, and, consequently, to the formation of voids in the composite material, which will lead to a deterioration in the strength characteristics of the material. In addition, powdered finishes may not cover the surface of the filler evenly enough.

Известны полиэфиримидные композиты по патенту США № 4049613. Для увеличения смачиваемости углеродного волокна полимерной матрицей, в патенте предлагается выдерживать наполнитель в горячей азотной кислоте в течение трех суток, что в технологическом и экономическом плане невыгодны.Polyetherimide composites are known according to US patent No. 4049613. To increase the wettability of carbon fiber by a polymer matrix, the patent proposes to keep the filler in hot nitric acid for three days, which is technologically and economically disadvantageous.

В следующей работе - по патенту РФ № 2054015 «Способ аппретирования углеродного волокна для производства полисульфонового углепластика», предложено смешение с растворителем блоксополимера, состоящего из звеньев бисметакрилоилоксидиэтиленгликольфталата и бисметакрилоилокси-триэтиленгликольфталата, пропитку углеродного наполнителя с последующей сушкой для удаления растворителя и полимеризации пленки аппрета на волокне, отличающийся тем, что смешение осуществляют в воде с одновременным воздействием ультразвукового излучения при частоте от 15 до 44 кГц и длительности воздействия от 5 до 14 минут. Недостатками способа являются использование водных растворов блоксополимеров для смачивания гидрофобных поверхностей углеродного волокна и необходимость дальнейшей полимеризации на поверхности наполнителя. Следствием может быть неравномерное смачивание наполнителя, а, следовательно, ухудшение свойств получаемого углепластика.In the following work - according to the patent of the Russian Federation No. 2054015 "Method of sizing carbon fiber for the production of polysulfone carbon fiber", it is proposed to mix with a solvent a block copolymer consisting of units of bismethacryloyloxydiethylene glycol phthalate and bismethacryloyloxy-triethylene glycol phthalate, impregnation of the carbon filler, followed by drying to remove the solvent and polymerization of the sizing film on the fiber , characterized in that the mixing is carried out in water with simultaneous exposure to ultrasonic radiation at a frequency of 15 to 44 kHz and an exposure time of 5 to 14 minutes. The disadvantages of this method are the use of aqueous solutions of block copolymers for wetting hydrophobic surfaces of carbon fiber and the need for further polymerization on the surface of the filler. The result may be uneven wetting of the filler, and, consequently, the deterioration of the properties of the resulting carbon fiber.

Наиболее близким аналогом выступает способ аппретирования углеродного волокна по патенту РФ № 2712612 «Способ получения аппретированных углеродных волокон и композиционные материалы на их основе». Недостатком решения можно считать невысокие значения показателя текучести расплава и ударной прочности полиэфиримидных композиций.The closest analogue is the method of finishing carbon fiber according to RF patent No. 2712612 "Method of obtaining finished carbon fibers and composite materials based on them." The disadvantage of the solution can be considered low values of the melt flow index and impact strength of polyesterimide compositions.

Задача настоящего изобретения заключается в разработке способа получения аппретированных углеродных волокон и получении полиэфиримидной композиции с улучшенными значениями показателя текучести расплава и ударной прочности на основе матричного полимера полиэфиримида (ПЭИ), армированного аппретированным углеродным волокном (углеволокном, УВ) в качестве наполнителя.The objective of the present invention is to develop a method for producing sized carbon fibers and obtaining a polyesterimide composition with improved melt flow index and impact strength based on a polyesterimide (PEI) matrix polymer reinforced with sized carbon fiber (carbon fiber, CF) as a filler.

Поставленная задача достигается тем, что полиэфиримидные композиции, наполненные углеродным наполнителем, получаюются предварительной обработкой углеродного волокна аппретирующим составом - смесью полиэфиримида и ди(4-аминофенил)-метана (ДАФМ). При этом берут следующие соотношения (масс. %) компонентов в наполнителе:This task is achieved by the fact that polyetherimide compositions filled with carbon filler are obtained by pre-treatment of carbon fiber with a sizing composition - a mixture of polyesterimide and di(4-aminophenyl)-methane (DAFM). In this case, the following ratios (wt. %) of the components in the filler are taken:

Углеволокноcarbon fiber 97,5;97.5; ПЭИPEI 2,46 ÷ 2,08;2.46 ÷ 2.08; ДАФМDAFM 0,04 ÷ 0,42.0.04 ÷ 0.42.

Количество аппретирующего состава к углеродному волокну соответствует 2,5%. Количество аппретированного углеродного волокна в полиэфиримидной композиции соответствует 20 масс. %. Обработка таким аппретирующим составом повышает смачиваемость углеродного волокна полиэфиримидом, позволяет многократно проводить при необходимости термообработку получаемого изделия без изменения свойств аппретирующего состава.The amount of sizing composition to carbon fiber corresponds to 2.5%. The amount of finished carbon fiber in the polyesterimide composition corresponds to 20 wt. %. Treatment with such a sizing composition increases the wettability of the carbon fiber with polyesterimide, and allows repeated, if necessary, heat treatment of the resulting product without changing the properties of the sizing composition.

Аппретированные волокна получают путем обработки углеродного волокна аппретирующим составом в ультразвуковой ванне CD-4820 с рабочей частотой 46 кГц. Полиэфиримидные композиции по настоящему изобретению получают путем предварительного смешения полимерной матрицы и аппретированного углеволокна с использованием высокоскоростного гомогенизатора Multi function disintegrator VLM-40B. Затем полимерная смесь подвергается экструзии с использованием лабораторного двухшнекового экструдера с тремя зонами нагрева при температурных режимах переработки 200 °С, 315 °С, 355 °С. Использованы углеродное волокно марки RK-306 (IFI Technical Production) и полиэфиримид (ПЭИ) марки ULTEM-1010, являющийся продуктом поликонденсации 1,3-диаминобензола и диангидрида 2,2'-бис[4(3,4-дикарбоксифенокси)фенил]-пропана формулы:Finished fibers are obtained by treating carbon fiber with a sizing composition in an ultrasonic bath CD-4820 with an operating frequency of 46 kHz. Polyetherimide compositions of the present invention are obtained by pre-mixing the polymer matrix and sized carbon fiber using a high-speed homogenizer Multi function disintegrator VLM-40B. Then the polymer mixture is extruded using a laboratory twin-screw extruder with three heating zones at processing temperatures of 200 °C, 315 °C, 355 °C. Used carbon fiber brand RK-306 (IFI Technical Production) and polyetherimide (PEI) brand ULTEM-1010, which is a polycondensation product of 1,3-diaminobenzene and dianhydride 2,2'-bis[4(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]- propane formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

с приведенной вязкостью 0,61 дл/г, измеренной для 0,5 масс. %-го раствора в хлороформе, ди(4-аминофенил)-метан и хлороформ, марки «ХЧ». with a reduced viscosity of 0.61 dl/g, measured for 0.5 wt. % solution in chloroform, di(4-aminophenyl)-methane and chloroform, brand "HCh".

Ниже представленные примеры, иллюстрирующие способ получения аппретированных углеродных волокон с использованием аппретирующего состава.Below are examples illustrating the method of obtaining finished carbon fibers using a sizing composition.

Пример 1. Получение аппретированного УВ с 2,46 масс. % ПЭИ и 0,04 масс. % ДАФМ. Example 1. Obtaining finished CF with 2.46 wt. % PEI and 0.04 wt. % DAFM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,59 г (2,46 масс. %) ПЭИ и 0,01 г (0,04 масс. %) ДАФМ в 125 мл хлороформа (0,32 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 35 °С - 1,5 мин.; 45 °С - 1,5 мин.; 55 °С - 1,5 мин.; 60 °С - 1,5 мин.23.4 g (97.5 wt. %) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.59 g (2.46 wt. %) of PEI and 0.01 g (0. 04 wt.%) DAFM in 125 ml of chloroform (0.32% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 3 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 35 ° C - 1.5 minutes; 45 °С - 1.5 min.; 55 °С - 1.5 min.; 60 °C - 1.5 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 61-62 °С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 61-62 °C for 1.5 hours.

Пример 2. Получение аппретированного УВ с 2,38 масс. % ПЭИ и 0,12 масс. % ДАФМ. Example 2. Obtaining finished HC with 2.38 wt. % PEI and 0.12 wt. % DAFM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,57 г (2,38 масс. %) ПЭИ и 0,03 г (0,12 масс. %) ДАФМ в 125 мл хлороформа (0,32 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 35 °С - 1,5 мин.; 45 °С - 1,5 мин.; 55 °С - 1,5 мин.; 60 °С - 1,5 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.57 g (2.38 wt.%) of PEI and 0.03 g (0. 12 wt.%) DAPM in 125 ml of chloroform (0.32% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 3 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 35 ° C - 1.5 minutes; 45 °С - 1.5 min.; 55 °С - 1.5 min.; 60 °C - 1.5 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 61-62 °С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 61-62 °C for 1.5 hours.

Пример 3. Получение аппретированного УВ с 2,29 масс. % ПЭИ и 0,21 масс. % ДАФМ. Example 3. Obtaining finished HC with 2.29 wt. % PEI and 0.21 wt. % DAPM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,55 г (2,29 масс. %) ПЭИ и 0,05 г (0,21 масс. %) ДАФМ в 125 мл хлороформа (0,32 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 35 °С - 1,5 мин.; 45 °С - 1,5 мин.; 55 °С - 1,5 мин.; 60 °С - 1,5 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.55 g (2.29 wt.%) of PEI and 0.05 g (0. 21 wt.%) DAPM in 125 ml of chloroform (0.32% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 3 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 35 ° C - 1.5 minutes; 45 °С - 1.5 min.; 55 °С - 1.5 min.; 60 °C - 1.5 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 61-62 °С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 61-62 °C for 1.5 hours.

Пример 4. Получение аппретированного УВ с 2,21 масс. % ПЭИ и 0,29 масс. % ДАФМ. Example 4. Obtaining finished HC with 2.21 wt. % PEI and 0.29 wt. % DAPM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,53 г (2,21 масс. %) ПЭИ и 0,07 г (0,29 масс. %) ДАФМ в 125 мл хлороформа (0,32 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 35 °С - 1,5 мин.; 45 °С - 1,5 мин.; 55 °С - 1,5 мин.; 60 °С - 1,5 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.53 g (2.21 wt.%) of PEI and 0.07 g (0. 29 wt.%) DAFM in 125 ml of chloroform (0.32% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 3 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 35 ° C - 1.5 minutes; 45 °С - 1.5 min.; 55 °С - 1.5 min.; 60 °C - 1.5 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 61-62 °С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 61-62 °C for 1.5 hours.

Пример 5. Получение аппретированного УВ с 2,12 масс. % ПЭИ и 0,38 масс. % ДАФМ. Example 5. Obtaining finished HC with 2.12 wt. % PEI and 0.38 wt. % DAFM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,51 г (2,12 масс. %) ПЭИ и 0,09 г (0,38 масс. %) ДАФМ в 125 мл хлороформа (0,32 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 35 °С - 1,5 мин.; 45 °С - 1,5 мин.; 55 °С - 1,5 мин.; 60 °С - 1,5 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.51 g (2.12 wt.%) of PEI and 0.09 g (0. 38 wt.%) DAPM in 125 ml of chloroform (0.32% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 3 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 35 ° C - 1.5 minutes; 45 °С - 1.5 min.; 55 °С - 1.5 min.; 60 °C - 1.5 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 61-62 °С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 61-62 °C for 1.5 hours.

Пример 6. Получение аппретированного УВ с 2,08 масс. % ПЭИ и 0,42 масс. % ДАФМ. Example 6. Obtaining finished HC with 2.08 wt. % PEI and 0.42 wt. % DAPM.

В трехгорловую реакционную колбу помещают 23,4 г (97,5 масс. %) УВ с длиной волокон 3 мм и приливают раствор, полученный растворением 0,5 г (2,08 масс. %) ПЭИ и 0,1 г (0,42 масс. %) ДАФМ в 125 мл хлороформа (0,32 %-й раствор). Колбу помещают в водяную баню ультразвуковой ванны при температуре 20 °С, включают ультразвук и выдерживают 3 минуты. После этого, в колбу помещают мешалку, подсоединяют прямой холодильник, включают подачу газообразного азота. Включают мешалку, и проводят нагревание содержимого колбы и отгонку хлороформа по режиму: 35 °С - 1,5 мин.; 45 °С - 1,5 мин.; 55 °С - 1,5 мин.; 60 °С - 1,5 мин. 23.4 g (97.5 wt.%) of HC with a fiber length of 3 mm is placed in a three-necked reaction flask and a solution obtained by dissolving 0.5 g (2.08 wt.%) of PEI and 0.1 g (0. 42 wt.%) DAFM in 125 ml of chloroform (0.32% solution). The flask is placed in a water bath of an ultrasonic bath at a temperature of 20 °C, the ultrasound is turned on and incubated for 3 minutes. After that, a stirrer is placed in the flask, a direct condenser is connected, and the supply of gaseous nitrogen is turned on. The stirrer is turned on, and the contents of the flask are heated and chloroform is distilled off according to the regime: 35 ° C - 1.5 minutes; 45 °С - 1.5 min.; 55 °С - 1.5 min.; 60 °C - 1.5 min.

Аппретированное волокно сушат в сушильном шкафу под вакуумом при 61-62 °С 1,5 часа.The dressed fiber is dried in an oven under vacuum at 61-62 °C for 1.5 hours.

Из аппретированных УВ и ПЭИ получены композиционные материалы, содержащие 20 масс. % аппретированных смесью ПЭИ и ДАФМ углеволокон.Composite materials containing 20 wt. % finished with a mixture of PEI and DAFM carbon fibers.

В таблице 1 представлены составы, показатели текучести расплава и ударной прочности композиций, содержащих УВ по примерам 1-6, обработанных различными количествами аппретирующего состава. Table 1 shows the compositions, melt flow rates and impact strength of compositions containing hydrocarbons according to examples 1-6, treated with various amounts of sizing composition.

Таблица 1 Table 1

Состав (масс. %)
Composition (wt.%)
ПТР,
г/10 мин
PTR,
g/10 min
Ар, кДж/м²
11 Дж
А r , kJ/m²
11 J
Без натяжения No tension С натяжениемWith tension ПЭИPEI 13,213.2 75,575.5 6,16.1 ПЭИ + 20 % УВ неаппретированныйPEI + 20% HC raw 3,43.4 30,330.3 5,15.1 По примеру 1According to example 1 7,237.23 30,3530.35 6,036.03 По примеру 2According to example 2 7,557.55 31,4631.46 6,13 6.13 По примеру 3According to example 3 7,647.64 33,7733.77 7,447.44 По примеру 4According to example 4 7,837.83 35,87 35.87 8,24 8.24 По примеру 5According to example 5 8,418.41 35,2835.28 8,048.04 По примеру 6According to example 6 8,528.52 34,97 34.97 7,757.75

где ПТР - показатель текучести расплава, Ар - ударная прочность.where MFR is the melt flow rate, A p is the impact strength.

Как видно из приведенных данных, полимерные композиции, содержащие аппретированные УВ (№№ 1-6), проявляют более высокие показатели текучести расплава и ударной прочности по сравнению с композитом, содержащим неаппретированное углеволокно.As can be seen from the data, polymer compositions containing sized CFs (nos. 1-6) exhibit higher melt flow and impact strength compared to a composite containing untreated carbon fiber.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в улучшении показатели текучести расплава и ударной прочности создаваемых углеволокнистых полиэфиримидных композиций за счет введения аппретирующего состава - полиэфиримида и ди(4-аминофенил)-метана, который повышает смачиваемость наполнителя и увеличивает граничные взаимодействия между наполнителем и полиэфиримидной матрицей.The technical result of the invention is to improve the melt flow and impact strength of the created carbon fiber polyesterimide compositions due to the introduction of a sizing composition - polyesterimide and di(4-aminophenyl)-methane, which increases the wettability of the filler and increases the boundary interactions between the filler and the polyesterimide matrix.

Claims (5)

1. Способ получения аппретированных углеродных волокон, предназначенных для конструкционных полимерных материалов, основанных на аппретировании углеродного волокна путем нанесения аппретирующего компонента из раствора с последующей сушкой, в сушильном шкафу под вакуумом при 61-62°С, отличающийся тем, что аппрет, состоящий из полиэфиримида (ПЭИ) и ди(4-аминофенил)метана (ДАФМ), наносят из раствора с массовой концентрацией 0,32 масс.% в легколетучем органическом растворителе хлороформе и проводят ступенчатый подъем температуры с одновременной отгонкой растворителя и воздействием ультразвука с рабочей частотой 46 кГц по режиму: 20°С - 3 мин; 35°С - 1,5 мин; 45°С - 1,5 мин; 55°С - 1,5 мин; 60°С - 1,5 мин, причем количественное соотношение компонентов соответствует, масс.%:1. A method for producing sizing carbon fibers intended for structural polymeric materials based on sizing carbon fiber by applying a sizing component from a solution followed by drying in an oven under vacuum at 61-62 ° C, characterized in that the sizing consisting of polyesterimide (PEI) and di(4-aminophenyl)methane (DAFM), are applied from a solution with a mass concentration of 0.32 wt.% in a highly volatile organic solvent chloroform and a stepwise increase in temperature is carried out with simultaneous distillation of the solvent and exposure to ultrasound with an operating frequency of 46 kHz along mode: 20°C - 3 min; 35°C - 1.5 min; 45°C - 1.5 min; 55°C - 1.5 min; 60°C - 1.5 min, and the quantitative ratio of the components corresponds, wt.%: углеволокноcarbon fiber 97,5 97.5 ПЭИPEI 2,46–2,08 2.46–2.08 ДАФМDAFM 0,04–0,42 0.04–0.42
2. Аппретированное углеродное волокно для конструкционных изделий в аддитивных технологиях, полученное способом по п. 1.2. Finished carbon fiber for structural products in additive technologies, obtained by the method according to p. 1. 3. Полиэфиримидная композиция, используемая при производстве конструкционных изделий в аддитивных технологиях, содержащая полимерную матрицу на основе полиэфиримида и аппретированного углеродного волокна, отличающаяся тем, что используется аппретированное углеродное волокно по п. 2, причем количественное соотношение компонентов в композиционном материале соответствует, масс.%:3. Polyetherimide composition used in the manufacture of structural products in additive technologies, containing a polymer matrix based on polyesterimide and finished carbon fiber, characterized in that the finished carbon fiber according to claim 2 is used, and the quantitative ratio of components in the composite material corresponds, wt.% : полиэфиримидpolyetherimide 80 80 аппретированное углеродное волокноfinished carbon fiber 20 20
RU2022103809A 2022-02-15 Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composites based on them RU2796835C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2796835C1 true RU2796835C1 (en) 2023-05-29

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014202673A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-24 Solvay Specialty Polymers Usa, Llc Reinforced compositions
RU2536969C2 (en) * 2013-04-18 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" Polymer composite material and method of obtaining thereof
RU2712612C1 (en) * 2019-05-16 2020-01-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon
RU2019114968A (en) * 2019-05-15 2020-11-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) A method of obtaining finished carbon fibers and composite materials based on them

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2536969C2 (en) * 2013-04-18 2014-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" Polymer composite material and method of obtaining thereof
WO2014202673A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-24 Solvay Specialty Polymers Usa, Llc Reinforced compositions
RU2019114968A (en) * 2019-05-15 2020-11-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) A method of obtaining finished carbon fibers and composite materials based on them
RU2712612C1 (en) * 2019-05-16 2020-01-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2712612C1 (en) Method for producing coated carbon fibers and composite materials based thereon
RU2796835C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composites based on them
RU2793762C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyesterimide composite material
RU2798036C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibers and polyesterimide composites
RU2804164C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and reinforced polymer composition
RU2793866C1 (en) Method for obtaining dressed carbon fibres and polyesterimide composite
RU2796405C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and a polyesterimide composite filled with them
RU2803603C2 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2816425C1 (en) Method for obtaining sized carbon fibre and polymer composite based on it
RU2796448C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and polymer composite material
RU2798032C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibers and polyesterimide composite material
RU2811291C1 (en) Method for producing finished carbon fibre and a polymer composite based on it
RU2816362C1 (en) Method for producing finished carbon fibre and reinforced polymer composition based on it
RU2803746C2 (en) Method for obtaining dressed carbon fibers and polymer composite
RU2804162C1 (en) Method for producing finished carbon fibres and polyetherimide-carbon fibre composition
RU2816456C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2793864C1 (en) Carbon fibre polyesteretherketone composite and method for its production
RU2793880C1 (en) Method for obtaining treated glass fibres and polyesterimide composites based on them
RU2793890C1 (en) Method for obtaining finished carbon fibre and polyether ether ketone composite based on it
RU2793888C1 (en) Polymer composite material based on polyetheretherketone and carbon fiber and a method for its production
RU2793760C1 (en) Dressed carbon fibre and polyetheretherketone composite material based on it
RU2793764C1 (en) Method for obtaining treated glass fibres and polyesterimide composites based on them
RU2793913C1 (en) Dressed carbon fiber and polyesteretherketone composite based on it
RU2796404C1 (en) Method for obtaining treated carbon fibres and polymer compositions based on them
RU2793886C1 (en) Polyetheretherketone carbon fiber composite material and method for its production